光盘技术01-3.doc

1·2·2 光学基础——作为波的光的性质 在几何光学中，将光作为光线进行考虑，因此表现出折射与反射的现象，几何光学不认为光是波动的，应用于与光线近似的，实用上不存在问题的对象中。例如：象自然光这种没有相干性的光（称为不相关光）的成像与光线十分接近，但是在应用象激光那样具有一定的相干性的光（称为相干光）的场合下，就不能将光作为光线而应将它作为波来考虑了。 光是电磁波的一种，通过光的波动来说明光的各种现象的领域称为波动光学。波动光学大致可分为干涉、衍射和偏光3个领域。下面将要说明的是光的波动现象以及在光检取器的理解重要的概念——双重折射。 （1）干涉 波动有纵波与横波。纵波是指波动方向与前进方向的一致的波。横波是指波动与前进方向成直角的波。光属于横波，如图1.16所示，从光源S发出的光一边振荡一边沿箭头方向前进。图中所示，光一边在振动强到振动弱的区域中往返振荡一边前进。设这种波动为，则U可用式（1-10）表示， （1-10） 光的干涉现象是指当这种波动的光重叠时，振峰重叠的地方就更强，峰与谷重叠的地方就减弱。例如从光源S发出的光由半透镜分为二股，通过其它光路又在P点重合（图1.17）。 用式（1-11）表示， （1-11） 设光的波长为，当为的偶数倍时，P点的光互相加强，P点就更亮了（这时波峰与波峰一致）。若是的奇数倍，则光互相削弱，P点变暗了（这时波峰与波谷重合）。综合如式（1-12）所示， （1-12） 综上所述，干涉现象是由光的波动性引起的，因2股光的光程差而产生明暗现象，其明暗变化是以波长为基准的，与之前存在式（1-12）所示的关系。 （2）衍射 在几何光学中，光是一直向前的，如果遇到障碍物就会出现影子，但光是波动的，不遵从直进的法则，会出现绕过影子部分的现象，这种现象称为衍射。 具体如图1.18所示，使光径开孔处射入，在开孔以外本应是影子的部分，光线绕进来了。 图1.19是通过边缘产生衍射的实例，从图右边可知，在应成为影子的部分也绕进了很多光，另外在不是影子的部分产生了微细的干涉图案，这时由边缘衍射的波与直进的波产生的干涉现象造成的。 在光盘存储器中，预先格式化系统利用细微的符号（凹部）产生的衍射，读出信息。 （3）偏光 光是振动方向与前进方向相垂直的横波，如图1.20所示，当光在空气或各向同性媒体中前进时，作为电磁波的光中的电振荡E和磁振荡H是并行向前的，因此虽然后面我们只就电振荡进行说明，但请不要忘了同时还存在磁振荡。 如图1.21(a)所示，电振荡可分解为轴方向的振荡成分及轴方向的振荡成分，其关系如式（1-13）所示， （1-13） 可表示为、的向量合成。 当、方向的振荡同相时，即两者的相位差为0°时，其合成振荡如图1.21(b) 所示,这时即使光在前进，其振动方向也不会变化，这种情况称为直线偏光。 当、振荡的相位差为45°时，其合成振荡如图1.22(b)所示，随着光的前进其方向发生变化，这时从前进方向可观测到振荡的轨迹呈椭圆形，称为椭圆偏光。图1.23中显示的是为90°的情况，这种情况称为圆偏光。 以上所述的是光作为电磁波从振动方向着眼所考虑的偏光现象，在光磁盘存储器中是通过检出信息的偏光不同进行信息读取的。 （4）双折射 在象玻璃、塑料之类的物质中，光的传播在各个方向是相等的，这种物质称为各向同体或各向同性介质。射入各向同体的光线遵守斯内尔定律（snell）进行折射，还有一些结晶体当光线射入后，光线在介质中分为两种不同的折射光进行传播，这种现象称为光学上的各向异性或双重折射性。双重折射是由于光在并行的两种偏光介质中的传播速度，即折射率不同而产生的。 在各向异性的结晶体内，折射光不产生双重折射的方向称为结晶的光轴。折射光只要沿光轴前进就不会改变偏光的状态，即对于沿光轴方向传播的光，双重折射性的结晶与各向同性的结晶作用相同。 在显示出双重折射性物质中的折射光，其传播方向和光线速度随入射角度的变化而变化，这时称传播方向与光线速度遵守斯内尔定律的直线偏光为正常光线，而不遵守斯内尔定律的直线偏光为异常光线。异常光线的光线速度随光线在物质中的前进方向而变化。